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关于车辆NVH性能的CAE分析流程总结
2018-05-22 14:44:04· 来源：汽车工程师之家 作者：weiclean
为对车辆的NVH性能进行分析和设计，要利用CAE手段对车辆信息进行分析和处理，从而在样车制造前对车辆的NVH性能进行预测和改进。车外噪声的来源主要由两部分组成，其一是各空气声源产生的噪声传播到响应点，其二是由振动源产生的振动传播到车体结构导致车体壁板的振动向外辐射噪声，因此要进行车外噪声的CAE分析就要分别对这
为对车辆的NVH性能进行分析和设计，要利用CAE手段对车辆信息进行分析和处理，从而在样车制造前对车辆的NVH性能进行预测和改进。
车外噪声的来源主要由两部分组成，其一是各空气声源产生的噪声传播到响应点，其二是由振动源产生的振动传播到车体结构导致车体壁板的振动向外辐射噪声，因此要进行车外噪声的CAE分析就要分别对这两个部分进行分析。
结构模型建立
要进行车辆的NVH性能分析首先要建立车辆的基本结构模型，利用CAD的设计手段得到车辆的结构数据，主要为车体结构、动力总成模型、悬架系统模型、行驶系统模型等。与结构强度的CAE分析不同，进行NVH性能分析时，主要考虑对车辆的振动和噪声情况相关的零部件及结构，对这些性能的影响较小的部件可以进行简化处理。
在结构模型的建立中，对于车体结构模型应将板件、梁、加强筋、车门、玻璃、内饰结构进行保留，对于螺钉、挂钩等紧固件和附加件可以进行简化。对于动力总成模型、行驶系统模型等，保留其连接位置和外形结构，其内部结构可进行简化，悬架系统对于车辆的振动情况有很大的影响，要保留其内部结构(弹簧、减振器等)以便进行分析。
结构有限元分析
在建立结构模型之后，为分析车辆的振动和噪声特性，首先要对车辆进行结构有限元分析。
对车体结构模型划分网格，利用面单元、梁单元等将车体结构划分为适当大小的网格，网格大小保证在分析的最高频率对应波长内有6个单元。计算车体结构的模态参数，在车体的悬置连接位置输入激励力，计算车体结构的响应情况。
对悬架系统和驾驶室悬置系统应利用多体动力学软件进行分析，计算悬架系统的模态参数及受到地面激励和动力系统激励情况下的响应情况。
声学特性分析
要计算车外响应点位置的噪声情况，就要在车外建立响应场点，利用声音的传播理论计算噪声源和振动源产生的声音通过空气的传播在响应位置产生的声音叠加的结果。
在车辆的各个激励点位置输入激励信号，如在驾驶室悬置位置、悬架位置输入振动激励信号，在动力系统、传动系统等位置输入声学激励信号，计算车外响应点的声学响应情况。
由于有限元分析和边界元分析的应用范围主要为低频段，所以要利用车辆的统计能量模型进行统计能量分析，计算车辆在中高频范围内的噪声响应情况，利用车辆的结构模型和声腔模型为基础建立统计能量模型，并计算各统计能量子系统之间的传递因子，从而计算车外的响应情况。
基于NVH特性的结构优化设计
根据计算得到的车辆结构和声学模态参数、响应情况，对车体结构进行灵敏度分析，找到对于车辆噪声和振动情况影响较大的位置和结构。建立以NVH及其他动态性能为目标的结构优化模型，采用各种优化方法对车辆结构进行动态修改，直到得到满足NVH性能要求的车辆结构，并根据此结构对原始模型进行修改。
此阶段的设计和分析应同时进行，设计人员将车型的系统和部件等设计出后，建立CAE模型，并对其进行计算。当计算结果不能满足要求时，应对模型进行修改，直至得到满足要求的结构模型，再将此模型返回到车型的结构上，检验是否能够满足其他方面的要求，如空间、成本和重量等因素，如此反复，直至两方面都能够满足要求为止。
车外噪声的来源主要由两部分组成，其一是各空气声源产生的噪声传播到响应点，其二是由振动源产生的振动传播到车体结构导致车体壁板的振动向外辐射噪声，因此要进行车外噪声的CAE分析就要分别对这两个部分进行分析。
结构模型建立
要进行车辆的NVH性能分析首先要建立车辆的基本结构模型，利用CAD的设计手段得到车辆的结构数据，主要为车体结构、动力总成模型、悬架系统模型、行驶系统模型等。与结构强度的CAE分析不同，进行NVH性能分析时，主要考虑对车辆的振动和噪声情况相关的零部件及结构，对这些性能的影响较小的部件可以进行简化处理。
在结构模型的建立中，对于车体结构模型应将板件、梁、加强筋、车门、玻璃、内饰结构进行保留，对于螺钉、挂钩等紧固件和附加件可以进行简化。对于动力总成模型、行驶系统模型等，保留其连接位置和外形结构，其内部结构可进行简化，悬架系统对于车辆的振动情况有很大的影响，要保留其内部结构(弹簧、减振器等)以便进行分析。
结构有限元分析
在建立结构模型之后，为分析车辆的振动和噪声特性，首先要对车辆进行结构有限元分析。
对车体结构模型划分网格，利用面单元、梁单元等将车体结构划分为适当大小的网格，网格大小保证在分析的最高频率对应波长内有6个单元。计算车体结构的模态参数，在车体的悬置连接位置输入激励力，计算车体结构的响应情况。
对悬架系统和驾驶室悬置系统应利用多体动力学软件进行分析，计算悬架系统的模态参数及受到地面激励和动力系统激励情况下的响应情况。
声学特性分析
要计算车外响应点位置的噪声情况，就要在车外建立响应场点，利用声音的传播理论计算噪声源和振动源产生的声音通过空气的传播在响应位置产生的声音叠加的结果。
在车辆的各个激励点位置输入激励信号，如在驾驶室悬置位置、悬架位置输入振动激励信号，在动力系统、传动系统等位置输入声学激励信号，计算车外响应点的声学响应情况。
由于有限元分析和边界元分析的应用范围主要为低频段，所以要利用车辆的统计能量模型进行统计能量分析，计算车辆在中高频范围内的噪声响应情况，利用车辆的结构模型和声腔模型为基础建立统计能量模型，并计算各统计能量子系统之间的传递因子，从而计算车外的响应情况。
基于NVH特性的结构优化设计
根据计算得到的车辆结构和声学模态参数、响应情况，对车体结构进行灵敏度分析，找到对于车辆噪声和振动情况影响较大的位置和结构。建立以NVH及其他动态性能为目标的结构优化模型，采用各种优化方法对车辆结构进行动态修改，直到得到满足NVH性能要求的车辆结构，并根据此结构对原始模型进行修改。
此阶段的设计和分析应同时进行，设计人员将车型的系统和部件等设计出后，建立CAE模型，并对其进行计算。当计算结果不能满足要求时，应对模型进行修改，直至得到满足要求的结构模型，再将此模型返回到车型的结构上，检验是否能够满足其他方面的要求，如空间、成本和重量等因素，如此反复，直至两方面都能够满足要求为止。
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